COIBENTAZIONE TUBAZIONI
Le tubazioni vanno coibentate sia nel caso che trasportino fluidi caldi che freddi.
Nel caso di fluido freddi si deve verificare che in tutto lo spessore dell’isolante non si venga a formare condensa che potrebbe danneggiare la tubatura (stillicidio).
Calcolo spessore ottimale isolante. Calcolo temperatura finale all’uscita del tubo.
Tubo all'aperto in cui scorre acqua calda
Verificare che all'uscita del tubo l'acqua abbia una T>90°C
TH20 in 95 °C Taria 10 °C di 38,1 mm Ai 0,00114 m2 de 48,3 mm Ae 0,001831 m2 s 5,1 mm L 100 m ro 95°C 961,8 Kg/m3 densità
landa tubo 54 w/m k cs 95°C 4205 J/kg/k calore specifico v acqua 0,25 m/s m 0,2740 Kg/s portata
h int 2000 w/m2 k h est 10 w/m2 k r medio 0,0216 m del tubo non isolato
U tubo 9,94 w/m2 k
Calcolo la temperatura in uscita dal tubo non isolato Tout = Ta + (Tin-Ta) * e^-(6.28* r * U * L / m *cs) 6.28* r * U * L / m *cs 0,1167
Tout 85,6 °C
Isoliamo il tubo con 1 cm di lana di roccia 0,01 m landa l.r 0,058 w/m k
de 68,3 mm
r medio 0,0266 mm
U tubo 3,66 w/m2 k
6.28* r * U * L / m *cs 0,0529
CALCOLO SPESSORE OTTIMALE ISOLANTE
L’obiettivo è contenere le dispersioni termiche lungo la tubatura.
Diametro ottimale isolamento TH20 in 95 °C Taria 10 °C di 38,1 mm Ai 0,0011395 m2 de 48,3 mm Ae 0,0018313 m2 s 5,1 mm L 100 m ro 95°C 961,8 Kg/m3 densità
landa tubo 54 w/m k cs 95°C 4205 J/kg/k calore specifico v acqua 0,25 m/s m 0,2740 Kg/s portata
hint 10 w/m2 k hest 1000 w/m2 k
Scegliere lo spessore di isolante per ridurre a meno di 1000 w le perdite di calore lungo il tubo landa iso 0,032 w/m k r1 0,01905 m r2 0,02415 m s r3 Rtot Q1 Q2 0,01 0,03415 0,025709 3306,27 3313,37 0,02 0,04415 0,038519 2206,69 2212,20 0,03 0,05415 0,048704 1745,22 1749,83 0,04 0,06415 0,05716 1487,06 1491,12 0,05 0,07415 0,064388 1320,12 1323,79 0,06 0,08415 0,070701 1202,25 1205,63 0,07 0,09415 0,076304 1113,96 1117,13 0,08 0,10415 0,081342 1044,97 1047,97 0,09 0,11415 0,085917 989,32 992,18 1 2
IMPIANTI PER LA COGENERAZIONE
COGENERAZIONE CON: Motore a combustione interna
Turbina a gas Turbina a vapore Ciclo combinato Totale efficienza (%) 70-80 70-75 80 70-90 Costo installazione (€/kWh) 700-1400 600-800 700-900 600-800 Temperatura usabile (°C) 300-600 450-800 250-650 300-600
Combustibile gas, olio, diesel gas tutti gas, liquidi
Tabella. Principali caratteristiche degli impianti con tecnologie di cogenerazione di tipo tradizionale.
Negli esercizi assumere
COGENERAZIONE CON: Motore a combustione interna
Turbina a gas Turbina a vapore Ciclo combinato Totale efficienza (%) 75 72 80 80 Costo installazione (€/kWh) 1000 700 800 700 Temperatura usabile (°C) 450 650 300 300
IMPIANTO DI COGENERAZIONE TURBINA A VAPORE
Una azienda che produce cibo precotto necessità di una portata di vapore pari a 100 Kg / s alla pressione di 1.5 bar e alla temperatura di 120°c.
Valutare l’installazione in azienda di un impianto di cogenerazione con turbina a vapore ad un surriscaldamento (Tmax 350°C e pmax= 30 bar) per la produzione di energia elettrica e di vapore. Il fabbisogno elettrico dell’azienda è pari 300 Kw.
Verificare in quanto tempo l’energia elettrica prodotta dalla turbina (funzionamento 24x7 per tutto l’anno) permette un rientro economico dell’impianto. Il costo dell’energia elettrica è di 0,2 € al Kwh.
Il vapore scaricato dalla turbina a 160°C viene utilizzato come fluido caldo in uno scambiatore di calore a piastre (trovare modello con guarnizioni adatte) per produrre il vapore che all’uscita delle linea di distribuzione deve avere una temperatura di 120°C.
Il condotto che porta il vapore alle macchine ha una lunghezza complessiva di 150 m e presenta 2 curve a 90°C e 4 valvole a sfera di sicurezza.
All’uscita della tubatura deve essere garantita una temperatura di 120°C e una pressione di 1,5 bar.
Dimensionare di conseguenza una pompa idraulica lato utenza.
Dimensionare diametro (contendere la velocità sotto 1 m/s) e spessore dell’isolante della tubatura.
La tubatura è realizzata in acciaio inox con rugosità media di 200 micron. Come isolante si utilizzi il poliuretano (landa = 0,026).
IMPIANTO DI COGENERAZIONE TURBINA A GAS
Una azienda che produce cibo precotto necessità di una portata di vapore pari a 100 Kg / s alla pressione di 1.5 bar e alla temperatura di 120°c.
Valutare l’installazione in azienda di un impianto di cogenerazione con turbina a GAS a metano (Tmax 800°C) per la produzione di energia elettrica e di vapore.
Il fabbisogno elettrico dell’azienda è pari 300 Kw.
Verificare in quanto tempo l’energia elettrica prodotta dalla turbina (funzionamento 24x7 per tutto l’anno) permette un rientro economico dell’impianto. Il costo dell’energia elettrica è di 0,2 € al Kwh.
Il gas scaricato dalla turbina a 160°C viene utilizzato come fluido caldo in uno scambiatore di calore a piastre (trovare modello con guarnizioni adatte) per produrre il vapore che all’uscita delle linea di distribuzione deve avere una temperatura di 120°C.
Il condotto che porta il vapore alle macchine ha una lunghezza complessiva di 150 m e presenta 2 curve a 90°C e 4 valvole a sfera di sicurezza.
All’uscita della tubatura deve essere garantita una temperatura di 120°C e una pressione di 1,5 bar.
Dimensionare di conseguenza una pompa idraulica lato utenza.
Dimensionare diametro (contendere la velocità sotto 1 m/s) e spessore dell’isolante della tubatura.
La tubatura è realizzata in acciaio inox con rugosità media di 200 micron. Come isolante si utilizzi il poliuretano (landa = 0,026).
IMPIANTO REFRIGERAZIONE INDUSTRIA ALIMENTARE
IMPIANTO DI RISCALDAMENTO ESTIVO DI UNA PISCINA CON COLLETTORI SOLARI
Si vuole dimensionare un impianto di riscaldamento con pannelli solari termici piani di una piscina olimpionica semicoperta (50x25m profondità 2.5m) nella stagione estiva giugno-settembre. Si vuole garantire una temperatura media dell’acqua pari a 28°C .
In prima approssimazione si possono considerare nulle solo le perdite di calore dovute alla differenza di temperatura fra aria ambiente acqua della piscina.
Un sistema di pompaggio alimenta l’acqua fornita alla piscina che viene scaldata tramite uno scambiatore a piastre alimentato dall’acqua calda accumulata da appositi boiler lato solare termico.
Valutare i costi dell’impianto chiavi in mano ipotizzando 1000 € al m2 per pannelli solari piani di qualità. Dimensionare pompa lato piscina, scambiatore di calore a piastre.
Effettuare un confronto ipotizzando di riscaldare l’acqua con una caldaia industriale. Disegnare lo schema dell’impianto proposto.
IMPIANTO DI RISCALDAMENTO ESTIVO DI UNA PISCINA CON FOTOVOLTAICO + PDC
Si vuole dimensionare un impianto di riscaldamento con pannelli fotovoltaici + pompa di calore ARIA-ARIA di una piscina olimpionica semicoperta (50x25m profondità 2.5m) nella stagione estiva giugno-settembre. Si vuole garantire una temperatura media dell’acqua pari a 28°C .
Valutare i costi dell’impianto chiavi in mano ipotizzando 1500 € al kwh per pannelli fotovoltaici di qualità. Un sistema di pompaggio alimenta l’acqua fornita alla piscina che viene scaldata tramite uno scambiatore a piastre alimentato dall’acqua calda prodotta dalla pompa di calore.
Dimensionare pompa lato piscina, scambiatore di calore a piastre.
Effettuare un confronto ipotizzando di riscaldare l’acqua con una caldaia industriale. Disegnare lo schema dell’impianto proposto.
TRIGENERAZIONE
RENDIMENTO CALDAIA
COSTO PRODUZIONE ENERGIA TERMICA
costo dell'elettricità 0,26€ al kWh per le forniture "medie" domestiche costo del metano di 0,90€ al metro cubo
PCI metano circa 10 kWh per metro cubo COP di una pompa di calore di media qualità 4,5
COP di una pompa di calore idronica di media qualità con ventilconvettori a bassa temperatura 3,5 efficienza di una caldaia a condensazione 107% sul PCI
efficienza di una caldaia tradizionale (o radiatore a gas) 90% sul PCI
per definizione un mezzo di riscaldamento resistivo produce una unità di calore per ogni unità di elettricità usata. una pompa di calore a gas ad assorbimento a un'efficienza del 170% rispetto al PCI del metano
Quindi abbiamo diverse prospettive:
RISCALDAMENTO ELETTRICO RESISTIVO (A PRESCINDERE DAL TIPO DI TERMINALE) 1 kWh di calore fornito costa 26 centesimi
RISCALDAMENTO ELETTRICO CON POMPA DI CALORE - SPLIT (MEDIO STAGIONALE!)
1 kWh di calore fornito costa 5,7 centesimi (il costo reale è dettato dalle condizioni atmosferiche) RISCALDAMENTO ELETTRICO CON POMPA DI CALORE - IDRONICO
1 kWh di calore fornito costa 7,4 centesimi (il costo reale è dettato dalle condizioni atmosferiche nel caso di macchina aria-acqua)
RISCALDAMENTO CON CALDAIA A CONDENSAZIONE (AL LORDO DELLE PERDITE DI DISTRIBUZIONE!)
1 kWh di calore fornito costa 8,4 centesimi (senza considerare le perdite di distribuzione che in alcuni edifici possono risultare dello stesso ordine di grandezza del riscaldamento utile!)
RISCALDAMENTO CON CALDAIA TRADIZIONALE O RADIATORE A GAS (AL LORDO DELLE PERDITE DI DISTRIBUZIONE!) 1 kWh di calore fornito costa 10 centesimi (senza considerare le perdite di distribuzione che in alcuni edifici possono risultare dello stesso ordine di grandezza del riscaldamento utile! Ovviamente solo nel caso della caldaia e non del radiatore a gas.)
RISCALDAMENTO CON POMPA DI CALORE AD ASSORBIMENTO A GAS (AL LORDO DELLE PERDITE DI DISTRIBUZIONE!) 1 kWh di calore fornito costa 5,3 centesimi
A conti fatti il sistema più conveniente in assoluto è la pompa di calore a gas ma ha dei costi quasi spropositati per il singolo mentre una pompa di calore di media qualità (alias condizionatore split) è alla portata di tutti, inoltre
raffresca economicamente a differenza della pdc a gas che invece in raffrescamento ha dei valori di EER intorno a 0,7 (ossia per produrre una unità di raffrescamento bisogna usare quasi 1,5 unità di energia!
UTILIZZO SOFTWARE FLOW PER ANALISI FLUIDODINAMICA (Cx, forze pressione) UTILIZZO INVENTOR PER ANALISI SFORZI STELO CILINDRO PNEUMATICO